IL CALORE
DUE IPOTESI SULLA NATURA
DEL CALORE:
• E’ UN FLUIDO
• E’ UNA FORMA DI ENERGIA
IPOTESI SUL CALORE
COS’E’ IL CALORE?
Nell’antichità il fuoco era
considerato uno dei quattro
elementi base della natura
A partire dal diciassettesimo
secolo si cominciò a indagare
su basi scientifiche la natura del
calore
IL CALORE COME FLUIDO
Nell’ipotesi del FLUIDO
CALORICO il passaggio
di calore da un corpo
caldo ad uno freddo è
spiegato come il
livellamento di un fluido
in due vasi comunicanti:
la temperatura gioca lo
stesso ruolo del livello
IL CALORE COME FLUIDO
Al contrario, la POMPA DI CALORE, per mezzo
di un motore, porta il calore dall’esterno (più
freddo) all’interno (più caldo) proprio come
una pompa meccanica può svuotare una zona
bassa allagata
RUMFORD
La teoria del fluido
calorico fu però messa
in crisi dalle
osservazioni fatte alla
fine del ‘700 da
Benjamin Thompson,
conte di Rumford
L’IPOTESI ENERGETICA
Egli notò che nella
lisciatura dei cannoni
si sviluppano enormi
quantità di calore,
apparentemente dal
nulla: se il calore fosse
un fluido non potrebbe
essere creato dal nulla
L’IPOTESI ENERGETICA
ENERGIA
MECCANICA
Rumford mise in
relazione il calore con
l’energia meccanica
spesa per lisciare il
cannone.
CALORE
L’IPOTESI ENERGETICA
ENERGIA
MECCANICA
L’ipotesi di Rumford è
che il calore non sia
altro che una
TRASFORMAZIONE
DELL’ENERGIA
MECCANICA
CALORE
JOULE
La teoria energetica del
calore venne
confermata da James
Prescott Joule agli inizi
dell’800 con una serie
di esperimenti
quantitativi
L’ESPERIENZA DI JOULE
Nel più famoso dei
suoi esperimenti
Joule misurò il
calore sviluppato
dall’attrito di una
serie di palette
poste in rotazione in
un recipiente isolato
pieno d’acqua
L’ESPERIENZA DI JOULE
Le pale sono
azionate da un peso
che viene fatto
scendere da una
altezza prestabilita
L’ESPERIENZA DI JOULE
Quando il peso
arriva a terra la sua
energia meccanica è
completamente
perduta: allo stesso
tempo il termometro
segnala un aumento
di temperatura
dell’acqua.
IL CALORE
Joule dimostrò che
l’energia meccanica
perduta dai pesi è
sempre equivalente
al calore generato
nell’acqua.
LA NATURA DEL CALORE
Si afferma con Joule la moderna TEORIA
ENERGETICA DEL CALORE, per la quale:
IL CALORE E’ UNA FORMA DI SCAMBIO DI
ENERGIA, CHE SI ATTUA TRA DUE CORPI A
DIVERSA TEMPERATURA POSTI A
CONTATTO
EFFETTI DEL CALORE
Effetti del passaggio di calore tra un corpo e
un altro:
• variazione di temperatura
• cambiamento di stato
• variazione in altri parametri fisici
(pressione, volume ecc.)
UNITA’ DI MISURA
L’unità di misura del calore, così come di
tutte le altre forme di energia, è il joule.
1 joule = 1 Newton X 1 metro
1 joule = 0,102 Kilogrammi X 1 metro
LA CALORIA
La CALORIA è un’unità di misura vecchia e
non più in uso, almeno ufficialmente:
CALORIA: calore necessario per far
aumentare la temperatura di un grammo di
acqua distillata da 14,5 a 15,5 °C.
LA CALORIA
CONVERSIONE JOULE-CALORIE:
1 caloria = 4,186 joule
ALIMENTI
Potere energetico degli alimenti:
Pomodoro
Latte intero
Filetto
Spaghetti
Uovo
Noci
Oli vegetali
17 Kcal/100g
47
121
145
159
667
900
MISURA DEL CALORE
Per misurare il
calore è necessario
osservare i suoi
effetti: il modo più
semplice è
osservare il
riscaldamento di
una massa nota
d’acqua.
MISURA DEL CALORE
Poiché per ogni grammo d’acqua e per ogni
grado di aumento di temperatura abbiamo un
calore di una caloria, la formula da usare
sarà:
Q(calorie )  m( grammi)  (t  t0 )
• Q=calore
• m=massa d’acqua
• to temperatura iniziale, t finale
CALORIMETRO
Per evitare
dispersioni di calore
l’acqua è contenuta
in un recipiente
isolato, detto
CALORIMETRO
THERMOS
Il comune thermos
da cucina è simile al
calorimetro, solo
che è privo degli
apparati di misura
THERMOS
L’isolamento è
ottenuto con una
doppia
intercapedine tra cui
è stato fatto il vuoto.
L’argentatura serve
a impedire
l’irraggiamento del
calore
CALORE E MATERIA
Gli effetti di
riscaldamento prodotti
dal calore variano
moltissimo da corpo a
corpo:
Il filamento di una
lampadina raggiunge
temperature
elevatissime pur con
pochissimo calore
CALORE E MATERIA
Viceversa, per
intiepidire l’acqua per
un bagno occorre una
notevole quantità di
calore.
CAPACITA’ TERMICA
Si dice CAPACITA’ TERMICA (C) di un corpo
il rapporto tra il calore scambiato dal corpo
e la variazione di temperatura del corpo
stesso.
In formule:
Q
C
t
CAPACITA’ TERMICA
L’azione mitigatrice di
mari e laghi è dovuta
alla immensa capacità
termica di questi: grazie
ad essa possono
liberare calore durante
l’inverno e assorbirne
durante l’estate
variando di poco la
temperatura
CAPACITA’ TERMICA
Al contrario le scintille
che si liberano durante
la molatura hanno una
capacità termica
piccolissima, quindi,
pur essendo a
temperature di migliaia
di gradi, rilasciano una
quantità di calore
insignificante
CALORE SPECIFICO
La capacità termica dipende, ovviamente,
dalla massa di un corpo, oltre che dal
materiale di cui è fatto: maggiore è la massa,
maggiore è la capacità termica, ovvero le due
grandezze sono direttamente proporzionali.
IL RAPPORTO TRA CAPACITA’ TERMICA E
MASSA SI DICE CALORE SPECIFICO (c)
C
c
m
CALORE SPECIFICO
La conoscenza dei calori specifici delle
sostanze è molto importante, e non solo per
motivi pratici: esso ci rivela importanti
proprietà delle molecole di cui sono fatti i
corpi.
Il calore specifico dell’acqua è:
cacqua  4186
j / Kg  K
EQUAZIONE DELLA
CALORIMETRIA
Combinando insieme le due formule viste:
Q
C
t
C
c
m
Si ottiene quella che è detta “equazione della
calorimetria”
Q  c  m  t
EQUAZIONE DELLA
CALORIMETRIA
Questa formula può servire per:
• calcolare il calore, conoscendo c, m, Δt
• calcolare Δt, conoscendo q, c, m
• calcolare c, conoscendo Δt, q, m
Q  c  m  t